A Study on Traffic Accident Reconstruction through Vehicle Crash Test

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충돌시험을 통한 교통사고 재현 연구

김 관 희^*1)․임 종 훈¹⁾․박 인 송¹⁾․전 용 범¹⁾․조 종 두²⁾

보험개발원 자동차기술연구소¹⁾․인하대학교 대학원 기계공학과²⁾

A Study on Traffic Accident Reconstruction through Vehicle Crash Test

Guanhee Kim^*1)․Jonghun Lim¹⁾․Insong Park¹⁾․Youngbum Chun¹⁾․Chongdu Cho²⁾

1)Korea Automobile Insurance Repair Research & Training Center, Korea Insurance Development Institute, 125-1 Susan-ri, Seolseong-myeon, Incheon 467-882, Korea

2)Department of Mechanical Engineering, Inha University, Incheon 402-751, Korea (Received 17 January 2013 / Revised 18 April 2013 / Accepted 23 April 2013)

Abstract : It is very difficult to evaluate the impact speed, who caused the accident and what the injury risk of the vehicle occupants was from the outcome of the accident. That’s the main reason why there are so many insurance fraud related to vehicle accident. In this study, a vehicle crash accident suspected to an insurance fraud had been reconstructed to evaluate crash speed and the relationship between the crash accident and passenger injury risk. To do this, the scene was reconstructed based on accident investigation report and three vehicle crash tests were done at 27kph, 37kph and 70kph. The crash speed of 27kph and 37kph were chosen based on the damaged vehicle and 70kph was chosen based on the driver’s statement. Based on the damage of vehicle and dummy injury measure, impact speed is estimated around 20 to 30kph and the dummy measures show that the passengers are not seems to be severely injured in this speed range.

Key words : Injury risk(부상 위험), Insurance fraud(보험사기), Crash accident reconstruction(교통사고 재현), Accident investigation report(사고조사 보고서)

Nomenclature¹⁾ HIC : head injury criteria F : force, kN

M : moment, Nm

Subscripts T : tension

E : extension Z : vertical direction Y : lateral direction

*Corresponding author, E-mail: [email protected]

1. 서 론

자동차 사고가 발생하면 사고 당시의 속도, 가해 자 또는 피해자 그리고 사고 차량 탑승자의 부상위 험을 객관적으로 평가하기 매우 어려운 것이 사실 이다. 이러한 사실로 인해 보험사기를 목적으로 한 자동차 사고가 증가하고 있는데, 2012년 보험사기 로 적발된 금액 4천 5백억원의 약 60.4%인 2천 7백 억원이 자동차보험에서 발생되었으며 이는 2011년 의 2천 4백억원에 비해 13.7% 증가한 수치이다.¹⁾

자동차보험에서는 가해자와 피해자의 결정에 따 라 배상책임이 발생하기 때문에 사고 상황에 대한 명확한 판단이 필요하나 주로 사고 차량 운전자 또 는 목격자의 증언에 의존하여 사고 상황을 판단하

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는 것이 현실이다.

본 연구에서는 대형 승용차량이 다리 교각과 정 면충돌하여 전방 탑승자가 사망한 사고의 충돌 당 시 속도 및 충돌 방향 등에 대한 정확한 추정을 위 해 실차 충돌시험을 실시하였으며, 해당 속도에서 운전자와 전방 탑승자의 부상위험을 평가하였다.

실제 사고와 보다 근접하게 사고를 재현하기 위해 사고가 발생한 현장에 대한 조사 및 사고조사 보고 서에 대한 검토를 실시하였으며, 사고 차량이 충돌 한 교각과 동일한 규격의 고정물을 제작하여 설치 하였다.

27kph, 37kph 및 70kph의 속도로 3번의 충돌시험 을 실시하였으며, 각 시험에서 차량 파손정도에 대 한 분석과 운전석과 전방 탑승자석에 탑재한 성인 남성 인체모형의 상해위험을 평가하였다.

2. 실험 방법 2.1 실험 조건

사고 차량이 충돌한 교량 분리대는 사고 시 파손 되거나 변형되지 않았음이 사고조사서를 통해 파악 됨에 따라 컴퓨터 구조해석을 통해 교량분리대의 강성, 무게, 크기, 형상 등에 대한 사양을 도출하여 충돌한 교각과 동일한 형상과 치수의 고정물을 제 작하여 설치하였다.

시험 대상차량은 사고 차량과 동일한 K사 대형 승용차로 운전석과 전방 탑승자석에 에어백이 모두 장착된 차량을 선정하였다. 시험은 27kph, 37kph 및 70kph의 속도로 운전석 및 전방 탑승자는 안전벨트 를 착용하지 않은 상태로 실시하였으며, 각 속도별 로 차량의 파손상태 및 부상위험을 분석하였다. 사 고조사서를 분석한 결과 주행 중 조향 핸들을 우측 으로 회전했다는 진술과 사고 현장의 도로폭 및 차 량의 파손형태를 고려하여 교량 교각 중심과 사고 차량 진행방향이 이루는 각도를 약 15도로, 교량과 차량의 겹침량은 차량 전폭의 30%로 결정하였다.

또한 실제 사고 차량의 운전석과 전방 탑승자석 에 성인 남성 2인이 탑승하고 있었다는 사실에 근거 하여 운전석과 전방 탑승자석에 Hybrid III 50th percentile 남성 더미를 탑재하여 충돌 시 부상위험 을 평가하였다.

2.2 실험 장비

충돌사고 재현을 위해 차대차 충돌시험이 가능한 ECV(Electronically Controlled Vehicle) 주행 충돌 시 스템을 사용하였으며, ECV 시스템의 구성도는 Fig. 1 과 같다.

충돌 시 탑승자의 상해위험을 평가하기 위해 Hybrid III 50th percentile male을 사용하였으며, 더미 와 차체에 장착된 센서로부터 데이터를 입력받고 분석하기 위한 데이터 집적 장비 DAS(Data Acquisi- tion system)는 MiniDAU와 NA33을 사용하였다. 또 한 0.3초 이내에 종료되는 충돌 순간을 기록하기 위 해 고속카메라를 사용하였다. Table 1에 시험에 사 용된 차량의 특성을 요약하여 나타냈다.

Table 1 Vehicle specification

Vehicle type Car 1 Car 2 Car 3

Weight(kg) 1,882 1,882 1,885

Airbag D, P D, P D, P

Fig. 1 Outline of ECV system

2.3 분석 기준

2.3.1 차량 손상성(변형량)

계측 장비는 Faro Arm(Platinum)을 사용하였으며, 각 계측 위치에서 시험 전후 차량의 형상을 계측하 여 차량 전체 파손 정도를 분석하였으며 계측점 위 치는 운전대 중심, 앞 범퍼, 운전석 A 필라, 조수석 A 필라, 조수석 계기판, 조수석 도어 앞뒤, 오른쪽 앞 타이어 중심으로 하고 변형량 측정 방법은 운전석 도어 스트라이커에 대한 각 계측점의 시험 전후 거 리를 비교하였다.

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Guanhee Kim․Jonghun Lim․Insong Park․Youngbum Chun․Chongdu Cho

Photo. 1 Front bumper measuring point

Photo. 2 Door and A pillar measuring point

Photo. 3 Lower A pillar measuring point

Photo. 1~3은 차량 변형량 측정을 위한 계측 위치 를 보여준다.

2.3.2 탑승자 보호성능(상해위험)

운전석 및 전방 탑승자석에 탑재한 더미에 기록 된 데이터를 분석하여 머리와 목, 가슴 그리고 다리 의 부상위험을 평가하였다.

머리의 부상을 평가하기 위한 파라메타로는 HIC (Head Injury Criteria)와 3ms동안 작동하는 가속도 값을 사용하며 목의 부상위험은 목에 작용하는 인 장하중과 Nij값에 근거한다. 가슴 부상위험은 3ms 동안 가슴에 작용하는 가속도와 점성기준(viscous criteria) 그리고 흉골 압축률로 평가한다. 마지막으 로 하체부상위험은 대퇴부에 작용하는 압축하중으 로 평가한다.

HIC15 = _{ }

_ _

 _





_^^ _ (1) where ar : head resultant acceleration (g)

NTE = _



_

 

_

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where Fz : force at z-direction (N) My : moment at y-direction (Nm)

3. 실험 결과 3.1 손상 특성(변형량)

차량의 손상 특성 분석을 위해 차량 계측위치에 서 차체 변형량을 측정한 결과, 운전대 중심과 앞범 퍼는 27kph 시험 속도에서 운전대 중심으로 시험 전 후 변형량이 거의 없었으며 운전석 쪽 A 필라에서 도 시험 전후 변형량이 거의 없었다.

37kph 시험차량에서는 운전석 더미가 운전대와 충돌하여 운전대가 앞 방향으로 9.2cm 이동하였으 며 70kph 시험차량에서는 운전대가 더미와의 접촉 으로 인해 약 10.5cm 앞 방향으로 움직였다. Table 2 는 앞범퍼 계측 위치에서의 변형량을 나타낸다.

Table 2 Front bumper deformation for each vehicle (cm)

Point 1 3 7 8 9 11

27kph 21.6 5.8 -29.8 -42.0 -31.5 -11.8 37kph 26.3 3.3 -46.9 -53.7 -39.4 -20.9 70kph 49.7 7.9 -89.6 -103.2 -89.3 -62.3

시험차량의 앞 범퍼 변형량 부호가 마이너스(-)인 것은 범퍼가 탑승자 쪽으로 가까워진 것을 의미하 며, 교각과 직접 충돌한 위치와 가까운 7, 8, 9에서 탑승자 쪽으로 가장 많이 변형된 것을 알 수 있다.

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A Study on Traffic Accident Reconstruction through Vehicle Crash Test

Fig. 2 Measurement of front bumper deformation

전방 탑승자석 A필라 위쪽 및 아래쪽은 27kph와 37kph 시험에서는 거의 변형되지 않았으며, Fig. 3과 같이 70kph 시험에서 A필라 하단은 16cm, 상단은 22cm 변형되었다. 이러한 변형은 탑승자가 차량의 단단한 부분과 직접 충돌할 가능성을 높여서 부상 위험을 증가시킬 수 있다.

Fig. 3 Measurement of upper A pillar deformation

Photo. 4 Real world accident vehicle

Photo. 5 Damaged vehicle at 27kph

사고 차량의 손상상태와 시험 차량의 손상상태를 비교한 결과, 27kph의 시험에서 나타난 손상형태가 사고 차량과 가장 유사한 것으로 분석되었다. 그러 므로 충돌 당시의 속도는 약 20~30kph 범위로 추정 된다.

Photo. 4는 사고 차량의 손상상태를 나타내며, Photo. 5~7은 각각 27kph, 37kph와 70kph 로 충돌시 험을 실시한 차량의 손상상태를 나타낸다.

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김관희․임종훈․박인송․전용범․조종두

3.2 탑승자 보호성능(상해위험)

운전석과 전방 탑승자 석에 탑재한 더미(인체모 형)에 기록된 데이터를 분석하여 탑승자의 상해위 험을 평가하였다.

머리의 부상위험을 평가하기 위한 HIC15값 700 은 두개골 골절위험과 AIS4 이상의 부상을 입을 확 률이 5%이며, 2,500은 두개골 골절위험은 98%이상 이고 AIS4 이상의 부상을 입을 확률은 99%이상임 을 나타낸다.²⁾

Table 3에 나타난 것과 같이 27kph 시험 속도에서 운전석과 전방 탑승자석에 탑재한 더미의 머리에 기 록된 HIC15는 각각 10과 131이며 37kph 시험 속도에 서는 54와 527로 두개골 골절이나 AIS4 이상의 상해 위험을 입을 가능성이 매우 낮은 것으로 평가되었다.

그러나 70kph 시험 속도에서는 운전석과 전방 탑 승자석에 탑재한 더미의 머리에 기록된 HIC15가 768과 10,210으로 전방 탑승자석 탑승자의 두개골 골절위험과 AIS4이상의 상해위험은 매우 높은 것 으로 나타났다. 이러한 결과는 에어백이 장착되지 않은 경트럭에 대한 64.4kph, 40% offset 시험에서 운 전석 더미에 기록된 값과 유사한 것으로,³⁾ 시험 차 량에는 에어백이 장착되어있으나 안전벨트를 착용 하지 않아 운전석에 탑재한 더미의 머리가 차체와 강하게 충돌한 것으로 분석된다.

평균 성인 남성의 목에 3.3kN의 인장하중이 작용 하면 AIS3 이상의 부상을 입을 가능성이 최대 30%

이며, Nij 값 1.0은 AIS3 이상의 부상을 입을 가능성 이 22%이며 AIS4 이상의 부상을 입을 가능성은 18%임을 나타낸다.⁴⁾

Table 4에 나타난 것과 같이 27kph, 37kph와 70kph 의 시험 속도에서 운전석과 전방 탑승자석에 탑재 한 더미의 목에 기록된 인장 하중은 부상위험이 낮 음을 보여준다. 27kph와 37kph의 시험 속도에서 운 전석과 전방 탑승자석에 탑재한 더미의 Nij는 부상

Table 3 Head injury measure

Parameter 27kph 37kph 70kph

D P D P D P

3ms Acc. (g) 14 69 29 72 104 275

HIC_15 10 131 54 527 768 10,210

HIC_max 28 350 77 536 980 10,210

Table 4 Neck injury measure

D P D P D P

Tension (kN) 0.1 1.1 0.2 0.8 0.5 2.6 NTE 0.09 0.19 0.09 0.38 0.36 1.71 NTF 0.08 0.17 0.12 0.37 0.19 0.57 NCE 0.02 0.06 0.04 0.22 0.15 2.28 NCF 0.08 0.14 0.08 0.14 0.04 0.22

위험이 매우 낮음을 보여주는 반면, 70kph의 시험에 서는 전방 탑승자석에 탑재한 더미의 1.71로 AIS3 이상의 부상을 입을 확률이 22%이상임을 나타낸다.

가슴에 작용하는 3ms 동안의 합성 가속도값 60g 는 AIS4 이상의 부상을 입을 가능성이 20%임을, 점 성기준 1.0m/s는 AIS4 이상의 부상을 입을 가능성이 25%임을 그리고 흉골 압축률 -8.2m/s는 AIS3 이상 의 부상을 입을 가능성은 65%이고 AIS4 이상의 부 상을 입을 가능성은 15%임을 나타낸다.⁵⁾

Table 5에 나타난 것과 같이 27kph와 37kph의 시 험 속도에서는 운전석 및 전방 탑승자석 탑승자의 가슴 상해 위험이 매우 낮은 것으로 나타났으나, 70kph 시험 속도에서 나타난 가슴 변형량 93mm와 점성 기준 6.9m/s는 가슴에 AIS4 이상의 상해가 발 생할 가능성이 95% 이상임을 보여준다.

대퇴부에 작용하는 하중 10kN은 AIS2 이상의 부 상을 입을 가능성이 35%임을 나타내며, 최근의 연 구에서는 약 8kN의 하중에도 대퇴부에 골절이 발생 한다는 결과가 제시된바 있다.⁶⁾

27kph와 37kph의 시험속도에서는 전방 탑승자석 탑승자의 하체 부상위험이 낮은 것으로 나타났으 나, 70kph에서는 전방 탑승자석의 대퇴부 왼쪽과 오 른쪽에 각각 9kN과 13kN의 하중이 작용하는 것으 로 나타나 AIS2 이상의 부상 및 골절 위험이 높은 것 으로 나타났다.

Table 5 Chest injury measure

D P D P D P

Acc. (3ms,g) 19 23 37 39 81 183 Deflection (mm) -17 -7 -37 -13 -41 -93 Deflection rate (m/s) -0.8 -0.5 -2.1 -0.8 -3.0 -8.6 Viscous criteria (m/s) 0.1 0.0 0.4 0.1 0.6 6.9

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Table 6 Leg and foot injury measure

P P P

Femur load (N) Left (L) -3.9 -5.4 -8.93 Right (R) -4.19 -4.92 -13.4

Tibia load (N) L -2.0 -2.36 -3.19

R -2.65 -4.3 -3.99

Foot accl. (g) L 29.4 21.7 126.7

R 31.36 50.3 435.5

4. 결 론

사고 차량의 손상형태에 대한 분석을 통해 사고 당시의 충돌 속도를 추정하고 해당 속도에서 운전 석 및 전방 탑승자석 탑승자의 부상위험을 평가하 기 위해 실시한 사고재현 시험에서 다음과 같은 결 론을 도출하였다.

1) 사고 차량의 손상형태와 유사한 손상형태를 유 발하기 위해 27kph, 37kph, 70kph속도로 3번의 충돌시험을 실시하였다. 27kph의 시험 속도에서 발생한 손상형태가 사고 차량의 손상형태와 가 장 유사한 것으로 나타나 사고 차량의 충돌 속도 는 약 20~30kph 범위인 것으로 판단된다.

2) 27kph와 37kph 시험 속도에서 안전벨트를 착용 하지 않은 차량 운전석 및 전방 탑승자석 탑승자 의 두개골 골절위험과 AIS 4 이상의 부상을 입을 가능성이 매우 낮게 판단되는 반면, 70kph의 시 험 속도에서 안전벨트를 착용하지 않은 운전석 및 전방 탑승자석 탑승자의 두개골 골절위험과

AIS 4 이상의 부상위험이 매우 높은 것으로 평가 된다. 또한 27kph와 37kph의 시험 속도에서는 운 전석 및 전방 탑승자석 탑승자의 가슴 상해 위험 이 낮게 나타난 반면, 70kph에서는 전방 탑승자 석 탑승자의 가슴에 AIS3 이상의 부상을 입을 가 능성이 약 70%에 이르는 것으로 나타났다.

References

1) Financial Supervisory Service, http://insucop.

fss.or.kr, 2012.

2) P. Prasad and H. J. Mertz, The Position of the United States Delegation to the ISO Working Group 6 on the Use of HIC in the Automotive Environment, SAE, pp.1-15, 1985.

3) G. Kim and I. Park, “Evaluation of Occupant Protection of Van and Light Truck Vehicle,”

Transactions of KSAE, Vol.20, No.3, pp.13-19, 2012.

4) A. M. Nahum and J. W. Melvin, Accidental Injury Biomechanics and Prevention, 2nd Edn., Springer, pp.89-102, 2002.

5) Insurance Institute for Highway Safety, Frontal Offset Crashworthiness Evaluation Guidelines for Rating Injury Measures, pp.1-9, 2004.

6) ISO Technical Report, Road Vehicles-injury Risk Curves for Evaluation of Occupant Protec- tion in Frontal Impact, ISO/TR 7861, pp.1-24, 2003.